德国维尔茨堡大学开发出新型纳米天线

[据物理学组织网站2020年1月8日报道]德国维尔茨堡大学开发出可生成定向红外光的金制、电驱动“八木宇田天线”（Yagi-Uda antenna）纳米光天线。“八木宇田”来源于两名日本科学家八木秀次和宇田新太郞的名字，他们于上世纪20年代发明了此种类型的天线。

定向天线可将电信号转换为无线电波，并沿特定方向发射，从而提高信息传输性能并减少干扰。使用光作为传输媒介的定向天线可在不同处理器内核之间以极低的损耗和和极高的速度交换数据。为使天线能够在可见光波长范围工作，定向天线必须缩小到纳米级。

“八木宇田天线”与无线电波天线的工作方式相同。对无线电波天线施加交流电压，会引起金属内电子振动，从而使天线辐射出电磁波。对于“八木宇田天线”来说，电磁波并不是在所有方向上均匀产生，而是采用反射器和导向器选择性地叠加辐射电磁波。导致单一方向上的相长干涉和其他方向上的相消干涉。因此，采用“八木宇田天线”作为接收器时，只能接收来自同一方向的光线。

将天线技术原理应用于辐射光线的纳米天线在技术上颇具挑战性。之前，维尔茨堡大学已经证明电驱动光天线的工作原理。但为了打造相对复杂的“八木宇田天线”，还必须有所创新。为此，研究人员采用了新的技术工艺，用镓离子轰击金，从而以更高的精准度，从高纯度金晶体中，裁剪出具有反射器和导向器及必要连接线的天线形状；然后，在有源器件中放置了一个金纳米颗粒，使它接触到有源器件的连接线，同时与另外一根连接线保持1纳米的间距，利用“量子隧穿”传输电子，产生了具有光学频率的振动，通过经特殊排列的反射器和导向器使波动沿着特定方向传播。全新光学天线的光辐射方向精度由天线器件的数量决定，器件数量越多精度越高。下一步研究人员将进一步提升器件的工作效率和稳定性。（国家工业信息安全发展研究中心 刘彧宽 李铁成）